Par Andrea Becker | Mis à jour le 30 août 2022
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Dans la plupart des cours d’introduction à la chimie, les réactions sont représentées par une seule flèche, ce qui implique un processus à sens unique. En réalité, les réactions chimiques sont réversibles et la direction qu’elles favorisent dépend de l’énergie libre de Gibbs (ΔG) du système. En évaluant ΔG, les scientifiques peuvent prédire si une réaction se déroulera en avant, en arrière ou atteindra l'équilibre.
L'enthalpie représente l'énergie totale stockée dans un système, provenant en grande partie du mouvement aléatoire des molécules. Ce n’est pas la même chose que l’énergie potentielle des liaisons ou l’énergie cinétique du mouvement global. L'enthalpie change lorsque de la chaleur ou du travail est ajouté ou supprimé, et elle est influencée par la pression et le volume, en particulier dans les gaz.
L'entropie mesure le degré de désordre ou de caractère aléatoire dans un système. Lorsqu'un système perd de la chaleur, comme l'eau qui se transforme en glace, son entropie diminue car les molécules adoptent un arrangement plus ordonné. À l’échelle universelle, l’entropie ne diminue jamais; il a toujours tendance à augmenter.
L'enthalpie et l'entropie dépendent de la température. L'ajout de chaleur augmente à la fois ΔH et ΔS. Le changement d'énergie libre de Gibbs est calculé comme ΔG =ΔH – TΔS, où T est la température absolue en Kelvin. Étant donné que la température multiplie le terme d'entropie, elle peut faire pencher la balance entre l'enthalpie et l'entropie, altérant ainsi la spontanéité de la réaction.
En examinant ΔG, les chimistes peuvent déterminer la faisabilité de la réaction :
Lorsque l’enthalpie et l’entropie privilégient des directions opposées, la température devient le facteur décisif. Par exemple, une réaction endothermique (ΔH > 0) avec ΔS positif peut devenir spontanée à haute température car le terme TΔS dépasse ΔH.
Comprendre l'énergie libre de Gibbs permet aux chercheurs de concevoir des processus efficaces, de prédire les voies de réaction et de contrôler la synthèse industrielle.